JP6872176B2 - 摩擦材 - Google Patents
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Description
本発明は、摩擦材に関するものである。
摩擦材は、工作機械、建設機械、農業機械、自動車、二輪車、鉄道、航空機及び船舶等の各種機械の回転又は移動を任意に制御する手段、いわゆるクラッチ又はブレーキに使用されている。
このような摩擦材として、例えば、特許文献１には、鉄製の裏板に銅被膜を介して金属系ライニング材を焼結により拡散接合してなる焼結材料であって、裏板の表面と銅被膜との間にニッケル、クロム又はニッケル−クロムの被膜を介在させたことを特徴とする防錆性に優れた焼結材料が記載されている。
このような摩擦材として、例えば、特許文献１には、鉄製の裏板に銅被膜を介して金属系ライニング材を焼結により拡散接合してなる焼結材料であって、裏板の表面と銅被膜との間にニッケル、クロム又はニッケル−クロムの被膜を介在させたことを特徴とする防錆性に優れた焼結材料が記載されている。
裏板（例えば、鋼材）に銅メッキを介して摩擦部材を焼結により接合した従来の摩擦材は、焼結時にメッキに生じるピンホールが多く存在するため、耐食性が劣る。このような摩擦材を、例えば、ブレーキパッドとして使用すると、車両の走行中に融雪剤（塩化カルシウム）や海水（塩化ナトリウム）などの塩分を含む水が、上記のピンホールから侵入し、裏板が腐食される。裏板の腐食が進行していくと、裏板とメッキとの界面にできた錆が成長し、裏板と摩擦部材との接着強度が低下して、最終的には裏板から摩擦部材が剥離するほどの問題が生じる。
このような摩擦材において、ピンホールを埋めて耐食性を向上させるためには通常３０μｍ以上の膜厚の銅メッキが必要である。しかしながら、３０μｍ以上の膜厚のメッキを電気メッキ法で形成すると、製品の膜厚バラツキが大きくなり、製品寸法不良に繋がるおそれがある。さらにはメッキ処理時間が増え、コスト増となる。また、メッキの層が過剰に厚くなると、剥離を生じる場合がある。
このような摩擦材において、ピンホールを埋めて耐食性を向上させるためには通常３０μｍ以上の膜厚の銅メッキが必要である。しかしながら、３０μｍ以上の膜厚のメッキを電気メッキ法で形成すると、製品の膜厚バラツキが大きくなり、製品寸法不良に繋がるおそれがある。さらにはメッキ処理時間が増え、コスト増となる。また、メッキの層が過剰に厚くなると、剥離を生じる場合がある。
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、耐食性に優れ、裏板と摩擦部材との密着性に優れる摩擦材を提供することを目的とする。
本発明者は、摩擦材について種々研究を重ねたところ、摩擦材における裏板と摩擦部材とを特定の被覆層を介して接合させることにより、耐食性に優れ、裏板と摩擦部材との密着性に優れる摩擦材を得ることができることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明の要旨は以下の通りである。
［１］
Ｆｅを主成分とするＦｅ系部材と、前記Ｆｅ系部材の表面に形成された被覆層と、前記被覆層の少なくとも一部の表面に形成された摩擦部材と、を含み、
前記被覆層は、前記Ｆｅ系部材側から順に第１被覆層と第２被覆層とを含み、
前記第１被覆層は、Ｃｕ、Ｎｉ及びＦｅを含む合金からなり、かつ、Ｆｅの含有量が１０原子％以上であり、
前記第２被覆層は、Ｃｕ及びＮｉを含む合金、又は、Ｃｕ、Ｎｉ及びＦｅを含む合金からなり、かつ、Ｆｅの含有量が１０原子％未満であり、
前記第１被覆層の平均厚さが、１．０μｍ以上６．０μｍ以下であり、
前記第２被覆層の平均厚さが、９．５μｍ以上２４．０μｍ以下である、摩擦材。
［２］
前記第１被覆層において、Ｃｕの含有量が１原子％以上４５原子％以下であり、Ｎｉの含有量が１原子％以上４５原子％以下であり、Ｆｅの含有量が１０原子％以上９５原子％以下である、［１］に記載の摩擦材。
［３］
前記第２被覆層において、Ｃｕの含有量が５原子％以上６０原子％以下であり、Ｎｉの含有量が４０原子％以上９５原子％以下であり、Ｆｅの含有量が０原子％以上１０原子％未満である、［１］又は［２］に記載の摩擦材。
［４］
前記第２被覆層は、前記第１被覆層側から順に下部領域と上部領域とを含み、
前記下部領域において、Ｃｕの含有量が５原子％以上２０原子％未満であり、
前記上部領域において、Ｃｕの含有量が２０原子％以上６０原子％以下である、［１］〜［３］のいずれかに記載の摩擦材。
［５］
前記下部領域の平均厚さが、８．０μｍ以上２０．０μｍ以下であり、前記上部領域の平均厚さが、１．５μｍ以上１０．０μｍ以下である、［４］に記載の摩擦材。
［６］
前記下部領域において、Ｃｕの含有量が５原子％以上２０原子％未満であり、Ｎｉの含有量が８０原子％を超え９５原子％以下であり、Ｆｅの含有量が０原子％以上１０原子％未満である、［４］又は［５］に記載の摩擦材。
［７］
前記上部領域において、Ｃｕの含有量が２０原子％以上６０原子％以下であり、Ｎｉの含有量が４０原子％以上８０原子％以下であり、Ｆｅの含有量が０原子％以上２原子％以下である、［４］〜［６］のいずれかに記載の摩擦材。
［８］
前記被覆層において、前記第２被覆層の前記Ｆｅ系部材側とは反対側の表面に第３被覆層を含み、
前記第３被覆層は、Ｃｕ、Ｎｉ及びＳｎを含む合金、Ｃｕ、Ｎｉ及びＺｎを含む合金、又は、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓｎ及びＺｎを含む合金からなり、
前記第３被覆層の平均厚さが、０．１μｍ以上５．０μｍ以下である、［１］〜［７］のいずれかに記載の摩擦材。
［９］
前記第３被覆層において、Ｃｕの含有量が３０原子％以上６９．５原子％以下であり、Ｎｉの含有量が３０原子％以上６９．５原子％以下であり、Ｓｎ及び／又はＺｎの含有量が０．５原子％以上５原子％以下である、［８］に記載の摩擦材。
［１０］
前記被覆層の平均厚さが、１０．５μｍ以上３０．０μｍ未満である、［１］〜［９］のいずれかに記載の摩擦材。
［１］
Ｆｅを主成分とするＦｅ系部材と、前記Ｆｅ系部材の表面に形成された被覆層と、前記被覆層の少なくとも一部の表面に形成された摩擦部材と、を含み、
前記被覆層は、前記Ｆｅ系部材側から順に第１被覆層と第２被覆層とを含み、
前記第１被覆層は、Ｃｕ、Ｎｉ及びＦｅを含む合金からなり、かつ、Ｆｅの含有量が１０原子％以上であり、
前記第２被覆層は、Ｃｕ及びＮｉを含む合金、又は、Ｃｕ、Ｎｉ及びＦｅを含む合金からなり、かつ、Ｆｅの含有量が１０原子％未満であり、
前記第１被覆層の平均厚さが、１．０μｍ以上６．０μｍ以下であり、
前記第２被覆層の平均厚さが、９．５μｍ以上２４．０μｍ以下である、摩擦材。
［２］
前記第１被覆層において、Ｃｕの含有量が１原子％以上４５原子％以下であり、Ｎｉの含有量が１原子％以上４５原子％以下であり、Ｆｅの含有量が１０原子％以上９５原子％以下である、［１］に記載の摩擦材。
［３］
前記第２被覆層において、Ｃｕの含有量が５原子％以上６０原子％以下であり、Ｎｉの含有量が４０原子％以上９５原子％以下であり、Ｆｅの含有量が０原子％以上１０原子％未満である、［１］又は［２］に記載の摩擦材。
［４］
前記第２被覆層は、前記第１被覆層側から順に下部領域と上部領域とを含み、
前記下部領域において、Ｃｕの含有量が５原子％以上２０原子％未満であり、
前記上部領域において、Ｃｕの含有量が２０原子％以上６０原子％以下である、［１］〜［３］のいずれかに記載の摩擦材。
［５］
前記下部領域の平均厚さが、８．０μｍ以上２０．０μｍ以下であり、前記上部領域の平均厚さが、１．５μｍ以上１０．０μｍ以下である、［４］に記載の摩擦材。
［６］
前記下部領域において、Ｃｕの含有量が５原子％以上２０原子％未満であり、Ｎｉの含有量が８０原子％を超え９５原子％以下であり、Ｆｅの含有量が０原子％以上１０原子％未満である、［４］又は［５］に記載の摩擦材。
［７］
前記上部領域において、Ｃｕの含有量が２０原子％以上６０原子％以下であり、Ｎｉの含有量が４０原子％以上８０原子％以下であり、Ｆｅの含有量が０原子％以上２原子％以下である、［４］〜［６］のいずれかに記載の摩擦材。
［８］
前記被覆層において、前記第２被覆層の前記Ｆｅ系部材側とは反対側の表面に第３被覆層を含み、
前記第３被覆層は、Ｃｕ、Ｎｉ及びＳｎを含む合金、Ｃｕ、Ｎｉ及びＺｎを含む合金、又は、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓｎ及びＺｎを含む合金からなり、
前記第３被覆層の平均厚さが、０．１μｍ以上５．０μｍ以下である、［１］〜［７］のいずれかに記載の摩擦材。
［９］
前記第３被覆層において、Ｃｕの含有量が３０原子％以上６９．５原子％以下であり、Ｎｉの含有量が３０原子％以上６９．５原子％以下であり、Ｓｎ及び／又はＺｎの含有量が０．５原子％以上５原子％以下である、［８］に記載の摩擦材。
［１０］
前記被覆層の平均厚さが、１０．５μｍ以上３０．０μｍ未満である、［１］〜［９］のいずれかに記載の摩擦材。
本発明は、耐食性に優れ、裏板と摩擦部材との密着性に優れる摩擦材を提供することができる。
以下、必要に応じて図面を参照しつつ、本発明を実施するための形態（以下、単に「本実施形態」という。）について詳細に説明するが、本発明は下記本実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。なお、図面中、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。更に、図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。
本実施形態の摩擦材は、Ｆｅを主成分とするＦｅ系部材と、Ｆｅ系部材の表面に形成された被覆層と、被覆層の少なくとも一部の表面に形成された摩擦部材と、を含み、被覆層は、Ｆｅ系部材側から順に第１被覆層と第２被覆層とを含み、第１被覆層は、Ｃｕ、Ｎｉ及びＦｅを含む合金からなり、かつ、Ｆｅの含有量が１０原子％以上であり、第２被覆層は、Ｃｕ及びＮｉを含む合金、又は、Ｃｕ、Ｎｉ及びＦｅを含む合金からなり、かつ、Ｆｅの含有量が１０原子％未満であり、第１被覆層の平均厚さが、１．０μｍ以上６．０μｍ以下であり、第２被覆層の平均厚さが、９．５μｍ以上２４．０μｍ以下である。
本実施形態の摩擦材は、上記の構成を備えることにより、耐食性に優れ、裏板であるＦｅ系部材と摩擦部材との密着性に優れる。本実施形態の摩擦材の耐食性及び密着性が向上する主な要因は、以下のように考えられる。ただし、要因は、これに限定されない。
本実施形態の摩擦材は、Ｆｅを主成分とするＦｅ系部材と、Ｆｅ系部材の表面に形成された被覆層と、被覆層の少なくとも一部の表面に形成された摩擦部材と、を含む。本実施形態において、「Ｆｅを主成分とする」とは、Ｆｅ系部材中に含まれるＦｅが、５０質量％以上であることを指す。これにより、Ｆｅ系部材の表面に被覆層を形成する際に第１被覆層中にＦｅを充分に拡散させることができる。また、本実施形態の摩擦材は、被覆層として、Ｆｅ系部材側から順に第１被覆層と第２被覆層とを含むことにより、被覆層に形成され得るピンホールがＦｅ系部材まで繋がるのを抑制することができ、この結果、耐食性が向上する。また、本実施形態の摩擦材は、第１被覆層が、Ｃｕ、Ｎｉ及びＦｅを含む合金からなり、かつ、Ｆｅの含有量を１０原子％以上とすることにより、Ｆｅ系部材と被覆層との密着性が向上する。また、本実施形態の摩擦材は、第２被覆層が、Ｃｕ及びＮｉを含む合金、又は、Ｃｕ、Ｎｉ及びＦｅを含む合金からなり、かつ、Ｆｅの含有量を１０原子％未満とすることにより、錆の発生を抑制することができ、耐食性が向上する。また、本実施形態の摩擦材は、第１被覆層の平均厚さが１．０μｍ以上であると、Ｆｅ系部材と被覆層との密着性が向上し、第１被覆層の平均厚さが６．０μｍ以下であると、Ｆｅを特定量以上含む層の厚さを厚くし過ぎないことで耐食性が向上する。また、本実施形態の摩擦材は、第２被覆層の平均厚さが９．５μｍ以上であると、耐食性が向上し、第２被覆層の平均厚さが２４．０μｍ以下であると、被覆層を均一に形成することができる。
そして、これらの構成が組み合わされることにより、本実施形態の摩擦材は、耐食性に優れ、裏板であるＦｅ系部材と摩擦部材との密着性に優れると考えられる。
本実施形態の摩擦材は、Ｆｅを主成分とするＦｅ系部材と、Ｆｅ系部材の表面に形成された被覆層と、被覆層の少なくとも一部の表面に形成された摩擦部材と、を含む。本実施形態において、「Ｆｅを主成分とする」とは、Ｆｅ系部材中に含まれるＦｅが、５０質量％以上であることを指す。これにより、Ｆｅ系部材の表面に被覆層を形成する際に第１被覆層中にＦｅを充分に拡散させることができる。また、本実施形態の摩擦材は、被覆層として、Ｆｅ系部材側から順に第１被覆層と第２被覆層とを含むことにより、被覆層に形成され得るピンホールがＦｅ系部材まで繋がるのを抑制することができ、この結果、耐食性が向上する。また、本実施形態の摩擦材は、第１被覆層が、Ｃｕ、Ｎｉ及びＦｅを含む合金からなり、かつ、Ｆｅの含有量を１０原子％以上とすることにより、Ｆｅ系部材と被覆層との密着性が向上する。また、本実施形態の摩擦材は、第２被覆層が、Ｃｕ及びＮｉを含む合金、又は、Ｃｕ、Ｎｉ及びＦｅを含む合金からなり、かつ、Ｆｅの含有量を１０原子％未満とすることにより、錆の発生を抑制することができ、耐食性が向上する。また、本実施形態の摩擦材は、第１被覆層の平均厚さが１．０μｍ以上であると、Ｆｅ系部材と被覆層との密着性が向上し、第１被覆層の平均厚さが６．０μｍ以下であると、Ｆｅを特定量以上含む層の厚さを厚くし過ぎないことで耐食性が向上する。また、本実施形態の摩擦材は、第２被覆層の平均厚さが９．５μｍ以上であると、耐食性が向上し、第２被覆層の平均厚さが２４．０μｍ以下であると、被覆層を均一に形成することができる。
そして、これらの構成が組み合わされることにより、本実施形態の摩擦材は、耐食性に優れ、裏板であるＦｅ系部材と摩擦部材との密着性に優れると考えられる。
図１は、本実施形態の摩擦材の一例を示す模式断面図である。図１の摩擦材は、Ｆｅを主成分とするＦｅ系部材２と、Ｆｅ系部材２の表面に形成された被覆層３と、被覆層の少なくとも一部の表面に形成された摩擦部材１と、を含む。図２は、図１の摩擦材における点線枠の部分を拡大した模式断面図である。図２の摩擦材９において、被覆層３は、Ｆｅ系部材２側から順に第１被覆層４と第２被覆層５と第３被覆層８とを含み、第２被覆層５は、第１被覆層側から順に下部領域６と上部領域７とを含む。
〔被覆層〕
本実施形態に用いる被覆層は、Ｆｅ系部材側から順に第１被覆層と第２被覆層とを含む。本実施形態に用いる被覆層は、第１被覆層と第２被覆層とを含むと、ピンホールがＦｅ系部材まで繋がるのを抑制することができる。この結果、本実施形態の摩擦材は耐食性が向上する。
本実施形態に用いる被覆層は、Ｆｅ系部材側から順に第１被覆層と第２被覆層とを含む。本実施形態に用いる被覆層は、第１被覆層と第２被覆層とを含むと、ピンホールがＦｅ系部材まで繋がるのを抑制することができる。この結果、本実施形態の摩擦材は耐食性が向上する。
被覆層の平均厚さは、１０．５μｍ以上３０．０μｍ未満であることが好ましい。被覆層の平均厚さが１０．５μｍ以上であると、本実施形態の摩擦材は、耐食性が一層向上する傾向にある。また、被覆層の平均厚さが３０．０μｍ未満であると、本実施形態の摩擦材は、被覆層の平均厚さのバラツキが小さくなり、寸法精度が向上する傾向にあり、また、被覆層の剥離を抑制できる傾向にあり、さらにはメッキ処理時間を抑制でき、コストが安くなる。同様の観点から、被覆層の平均厚さは、１３．０μｍ以上２９．５μｍ以下であることがより好ましく、１６．０μｍ以上２９．０μｍ以下であることがさらに好ましい。
［第１被覆層］
本実施形態に用いる第１被覆層は、Ｃｕ、Ｎｉ及びＦｅを含む合金からなり、かつ、Ｆｅの含有量が１０原子％以上である。第１被覆層において、Ｃｕの含有量は１原子％以上４５原子％以下であることが好ましく、Ｎｉの含有量は１原子％以上４５原子％以下であることが好ましく、Ｆｅの含有量は１０原子％以上９５原子％以下であることが好ましい。本実施形態の摩擦材は、第１被覆層におけるＣｕの含有量が１原子％以上であると、第１被覆層の硬さが高くなるのを抑制することにより、Ｆｅ系部材と第１被覆層との密着性が向上する傾向にあり、第１被覆層におけるＣｕの含有量が４５原子％以下であると、Ｎｉの含有比率が減少するのを抑制し、耐食性が向上する傾向にある。また、本実施形態の摩擦材は、第１被覆層におけるＮｉの含有量が１原子％以上であると、耐食性が向上する傾向にあり、第１被覆層におけるＮｉの含有量が４５原子％以下であると、第１被覆層の硬さが高くなるのを抑制することにより、Ｆｅ系部材と第１被覆層との密着性が向上する傾向にある。また、本実施形態の摩擦材は、第１被覆層におけるＦｅの含有量が１０原子％以上であると、Ｆｅ系部材と被覆層との密着性が向上し、第１被覆層におけるＦｅの含有量が９５原子％以下であると、第１被覆層と第２被覆層との密着性が向上する傾向にある。
同様の観点から、第１被覆層におけるＣｕの含有量は、５原子％以上４５原子％以下であることがより好ましく、１０原子％以上４５原子％以下であることがさらに好ましく、１６原子％以上４３原子％以下であることが特に好ましく、また、第１被覆層におけるＮｉの含有量は、２原子％以上４３原子％以下であることがより好ましく、３原子％以上４０原子％以下であることがさらに好ましく、また、第１被覆層におけるＦｅの含有量は、１２原子％以上９０原子％以下であることがより好ましく、１５原子％以上８０原子％以下であることがさらに好ましく、１７原子％以上７３原子％以下であることが特に好ましい。
本実施形態に用いる第１被覆層は、Ｃｕ、Ｎｉ及びＦｅを含む合金からなり、かつ、Ｆｅの含有量が１０原子％以上である。第１被覆層において、Ｃｕの含有量は１原子％以上４５原子％以下であることが好ましく、Ｎｉの含有量は１原子％以上４５原子％以下であることが好ましく、Ｆｅの含有量は１０原子％以上９５原子％以下であることが好ましい。本実施形態の摩擦材は、第１被覆層におけるＣｕの含有量が１原子％以上であると、第１被覆層の硬さが高くなるのを抑制することにより、Ｆｅ系部材と第１被覆層との密着性が向上する傾向にあり、第１被覆層におけるＣｕの含有量が４５原子％以下であると、Ｎｉの含有比率が減少するのを抑制し、耐食性が向上する傾向にある。また、本実施形態の摩擦材は、第１被覆層におけるＮｉの含有量が１原子％以上であると、耐食性が向上する傾向にあり、第１被覆層におけるＮｉの含有量が４５原子％以下であると、第１被覆層の硬さが高くなるのを抑制することにより、Ｆｅ系部材と第１被覆層との密着性が向上する傾向にある。また、本実施形態の摩擦材は、第１被覆層におけるＦｅの含有量が１０原子％以上であると、Ｆｅ系部材と被覆層との密着性が向上し、第１被覆層におけるＦｅの含有量が９５原子％以下であると、第１被覆層と第２被覆層との密着性が向上する傾向にある。
同様の観点から、第１被覆層におけるＣｕの含有量は、５原子％以上４５原子％以下であることがより好ましく、１０原子％以上４５原子％以下であることがさらに好ましく、１６原子％以上４３原子％以下であることが特に好ましく、また、第１被覆層におけるＮｉの含有量は、２原子％以上４３原子％以下であることがより好ましく、３原子％以上４０原子％以下であることがさらに好ましく、また、第１被覆層におけるＦｅの含有量は、１２原子％以上９０原子％以下であることがより好ましく、１５原子％以上８０原子％以下であることがさらに好ましく、１７原子％以上７３原子％以下であることが特に好ましい。
本実施形態に用いる第１被覆層の平均厚さは、１．０μｍ以上６．０μｍ以下である。本実施形態の摩擦材は、第１被覆層の平均厚さが１．０μｍ以上であると、Ｆｅ系部材と被覆層との密着性が向上し、第１被覆層の平均厚さが６．０μｍ以下であると、Ｆｅを特定量以上含む層の厚さを厚くし過ぎないことで耐食性が向上する。同様の観点から、第１被覆層の平均厚さは、１．５μｍ以上５．５μｍ以下であることが好ましく、１．５μｍ以上５．２μｍ以下であることがより好ましい。
［第２被覆層］
本実施形態に用いる第２被覆層は、Ｃｕ及びＮｉを含む合金、又は、Ｃｕ、Ｎｉ及びＦｅを含む合金からなり、かつ、Ｆｅの含有量が１０原子％未満である。第２被覆層において、Ｃｕの含有量は５原子％以上６０原子％以下であることが好ましく、Ｎｉの含有量は４０原子％以上９５原子％以下であることが好ましく、Ｆｅの含有量は０原子％以上１０原子％未満であることが好ましい。本実施形態の摩擦材は、第２被覆層におけるＣｕの含有量が５原子％以上であると、第２被覆層の硬さが高くなるのを抑制することにより、密着性が向上する傾向にあり、第２被覆層におけるＣｕの含有量が６０原子％以下であると、Ｎｉの含有比率が減少するのを抑制し、耐食性が向上する傾向にある。また、本実施形態の摩擦材は、第２被覆層におけるＮｉの含有量が４０原子％以上であると、耐食性が向上する傾向にあり、第２被覆層におけるＮｉの含有量が９５％以下であると、第２被覆層の硬さが高くなるのを抑制することにより、密着性が向上する傾向にある。また、本実施形態の摩擦材は、第２被覆層におけるＦｅの含有量が１０原子％未満であると、錆の発生を抑制することができ、耐食性が向上する。同様の観点から、第２被覆層におけるＣｕの含有量は、５原子％以上５５原子％以下であることがより好ましく、６原子％以上５０原子％以下であることがさらに好ましく、８原子％以上４５原子％以下であることが特に好ましく、また、第２被覆層におけるＮｉの含有量は、４５原子％以上９３原子％以下であることがより好ましく、５０原子％以上９２原子％以下であることがさらに好ましく、５５原子％以上９１原子％以下であることが特に好ましく、また、第２被覆層におけるＦｅの含有量は、０原子％以上７原子％以下であることがより好ましく、０原子％以上５原子％以下であることがさらに好ましく、０原子％以上４原子％以下であることが特に好ましい。
本実施形態に用いる第２被覆層は、Ｃｕ及びＮｉを含む合金、又は、Ｃｕ、Ｎｉ及びＦｅを含む合金からなり、かつ、Ｆｅの含有量が１０原子％未満である。第２被覆層において、Ｃｕの含有量は５原子％以上６０原子％以下であることが好ましく、Ｎｉの含有量は４０原子％以上９５原子％以下であることが好ましく、Ｆｅの含有量は０原子％以上１０原子％未満であることが好ましい。本実施形態の摩擦材は、第２被覆層におけるＣｕの含有量が５原子％以上であると、第２被覆層の硬さが高くなるのを抑制することにより、密着性が向上する傾向にあり、第２被覆層におけるＣｕの含有量が６０原子％以下であると、Ｎｉの含有比率が減少するのを抑制し、耐食性が向上する傾向にある。また、本実施形態の摩擦材は、第２被覆層におけるＮｉの含有量が４０原子％以上であると、耐食性が向上する傾向にあり、第２被覆層におけるＮｉの含有量が９５％以下であると、第２被覆層の硬さが高くなるのを抑制することにより、密着性が向上する傾向にある。また、本実施形態の摩擦材は、第２被覆層におけるＦｅの含有量が１０原子％未満であると、錆の発生を抑制することができ、耐食性が向上する。同様の観点から、第２被覆層におけるＣｕの含有量は、５原子％以上５５原子％以下であることがより好ましく、６原子％以上５０原子％以下であることがさらに好ましく、８原子％以上４５原子％以下であることが特に好ましく、また、第２被覆層におけるＮｉの含有量は、４５原子％以上９３原子％以下であることがより好ましく、５０原子％以上９２原子％以下であることがさらに好ましく、５５原子％以上９１原子％以下であることが特に好ましく、また、第２被覆層におけるＦｅの含有量は、０原子％以上７原子％以下であることがより好ましく、０原子％以上５原子％以下であることがさらに好ましく、０原子％以上４原子％以下であることが特に好ましい。
本実施形態に用いる第２被覆層の平均厚さは、９．５μｍ以上２４．０μｍ以下である。本実施形態の摩擦材は、第２被覆層の平均厚さが９．５μｍ以上であると、耐食性が向上し、第２被覆層の平均厚さが２４．０μｍ以下であると、被覆層を均一に形成することができる。同様の観点から、第２被覆層の平均厚さは、１１．０μｍ以上２３．９μｍ以下であることが好ましく、１２．５μｍ以上２３．８μｍ以下であることがより好ましく、１３．４μｍ以上２３．８μｍ以下であることがさらに好ましい。
本実施形態に用いる第２被覆層は、第１被覆層側から順に下部領域と上部領域とを含むことが好ましい。下部領域において、Ｃｕの含有量が５原子％以上２０原子％未満であり、上部領域において、Ｃｕの含有量が２０原子％以上６０原子％以下である。第２被覆層が下部領域と上部領域とを含むと、ピンホールがＦｅ系部材まで繋がるのを抑制することができる。この結果、本実施形態の摩擦材は、耐食性が一層向上する傾向にある。
下部領域において、Ｃｕの含有量が５原子％以上２０原子％未満であり、Ｎｉの含有量が８０原子％を超え９５原子％以下であり、Ｆｅの含有量が０原子％以上１０原子％未満であることが好ましい。下部領域におけるＣｕ、Ｎｉ及びＦｅの含有量が前記範囲であると、本実施形態の摩擦材は、耐食性がより一層向上する傾向にある。この理由は明らかではないが、下部領域におけるＣｕの含有比率を低くすると、相対的にＮｉの含有比率が高くなるので、その結果、本実施形態の摩擦材は、耐食性がより一層向上すると考えられる。同様の観点から、下部領域において、Ｃｕの含有量が６原子％以上１８原子％以下であり、Ｎｉの含有量が８１原子％以上９３原子％以下であり、Ｆｅの含有量が０原子％以上７原子％以下であることがより好ましく、Ｃｕの含有量が８原子％以上１５原子％以下であり、Ｎｉの含有量が８３原子％以上９１原子％以下であり、Ｆｅの含有量が０原子％以上４原子％以下であることがさらに好ましい。
上部領域において、Ｃｕの含有量が２０原子％以上６０原子％以下であり、Ｎｉの含有量が４０原子％以上８０原子％以下であり、Ｆｅの含有量が０原子％以上２原子％以下であることが好ましい。上部領域におけるＣｕ、Ｎｉ及びＦｅの含有量が前記範囲であると、第２被覆層と摩擦部材との密着性、第２被覆層と第３被覆層との密着性がより一層優れる傾向にある。この理由は明らかではないが、上部領域におけるＣｕの含有比率を高くすると、相対的にＮｉの含有比率が低くなるので、その結果、第２被覆層の硬さが高くなり過ぎるのを抑制するためであると考えられる。同様の観点から、上部領域において、Ｃｕの含有量が２２原子％以上５０原子％以下であり、Ｎｉの含有量が５０原子％以上７８原子％以下であり、Ｆｅの含有量が０原子％以上２原子％以下であることがより好ましく、Ｃｕの含有量が２４原子％以上４５原子％以下であり、Ｎｉの含有量が５５原子％以上７７原子％以下であり、Ｆｅの含有量が０原子％以上２原子％以下であることがさらに好ましい。
下部領域の平均厚さは、８．０μｍ以上２０．０μｍ以下であることが好ましい。下部領域の平均厚さが８．０μｍ以上であると、ピンホールがＦｅ系部材まで繋がるのを抑制することができる傾向にあり、下部領域の平均厚さが２０．０μｍ以下であると、上部領域が薄くなることを防ぎ、この結果、第２被覆層と摩擦部材との密着性、第２被覆層と第３被覆層との密着性がより一層優れる傾向にある。同様の観点から、下部領域の平均厚さは、９．０μｍ以上１９．０μｍ以下であることがより好ましく、１０．２μｍ以上１８．４μｍ以下であることがさらに好ましい。
上部領域の平均厚さは、１．５μｍ以上１０．０μｍ以下であることが好ましい。上部領域の平均厚さが１．５μｍ以上であると、ピンホールがＦｅ系部材まで繋がるのを抑制することができ、また、第２被覆層と摩擦部材との密着性、第２被覆層と第３被覆層との密着性がより一層優れる傾向にあり、上部領域の平均厚さが１０．０μｍ以下であると、下部領域が薄くなることを防ぎ、この結果、耐食性が一層優れる傾向にある。同様の観点から、上部領域の平均厚さは、２．５μｍ以上９．０μｍ以下であることがより好ましく、２．８μｍ以上８．２μｍ以下であることがさらに好ましい。
［第３被覆層］
本実施形態に用いる被覆層は、第２被覆層のＦｅ系部材側とは反対側の表面に第３被覆層を含むことが好ましい。第３被覆層は、Ｃｕ、Ｎｉ及びＳｎを含む合金、Ｃｕ、Ｎｉ及びＺｎを含む合金、又は、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓｎ及びＺｎを含む合金からなることが好ましい。第３被覆層は、Ｃｕ、Ｎｉ及びＳｎを含む合金からなると、摩擦部材との密着性がさらに向上する傾向にある。この理由は明らかではないが、第３被覆層は、Ｓｎを含むことで、さらに硬さを低くすることができるためであると考えられる。また、第３被覆層において、ＳｎをＺｎに代替しても同様の効果を得ることができる。したがって、第３被覆層は、Ｃｕ、Ｎｉ及びＺｎを含む合金、又は、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓｎ及びＺｎを含む合金からなる層であってもよい。
本実施形態に用いる被覆層は、第２被覆層のＦｅ系部材側とは反対側の表面に第３被覆層を含むことが好ましい。第３被覆層は、Ｃｕ、Ｎｉ及びＳｎを含む合金、Ｃｕ、Ｎｉ及びＺｎを含む合金、又は、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓｎ及びＺｎを含む合金からなることが好ましい。第３被覆層は、Ｃｕ、Ｎｉ及びＳｎを含む合金からなると、摩擦部材との密着性がさらに向上する傾向にある。この理由は明らかではないが、第３被覆層は、Ｓｎを含むことで、さらに硬さを低くすることができるためであると考えられる。また、第３被覆層において、ＳｎをＺｎに代替しても同様の効果を得ることができる。したがって、第３被覆層は、Ｃｕ、Ｎｉ及びＺｎを含む合金、又は、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓｎ及びＺｎを含む合金からなる層であってもよい。
第３被覆層において、Ｃｕの含有量が３０原子％以上６９．５原子％以下であり、Ｎｉの含有量が３０原子％以上６９．５原子％以下であり、Ｓｎ及び／又はＺｎの含有量が０．５原子％以上５原子％以下であることが好ましい。本実施形態に用いる被覆層は、Ｃｕと、Ｎｉと、Ｓｎ及び／又はＺｎとの含有量がこのような範囲の第３被覆層を含むと、ピンホールがＦｅ系部材まで繋がるのを抑制することができる。この結果、本実施形態の摩擦材は耐食性が一層向上する傾向にある。同様の観点から、第３被覆層において、Ｃｕの含有量が３５原子％以上５４原子％以下であり、Ｎｉの含有量が４５原子％以上６４原子％以下であり、Ｓｎ及び／又はＺｎの含有量が１原子％以上５原子％以下であることがより好ましく、Ｃｕの含有量が３８原子％以上４２原子％以下であり、Ｎｉの含有量が５４原子％以上５８原子％以下であり、Ｓｎ及び／又はＺｎの含有量が２原子％以上４原子％以下であることがさらに好ましい。
第３被覆層の平均厚さは、０．１μｍ以上５．０μｍ以下であることが好ましい。第３被覆層の平均厚さが０．１μｍ以上であると、ピンホールがＦｅ系部材まで繋がるのを抑制することができる傾向にあり、第３被覆層の平均厚さが５．０μｍ以下であると、Ｓｎ及び／又はＺｎが過剰になることで、第３被覆層が硬くなることが抑制でき、尚且つ第３被覆層と摩擦部材との接着強度の低下を抑制できる傾向にある。同様の観点から、第３被覆層の平均厚さは、０．５μｍ以上３．０μｍ以下であることがより好ましく、１．０μｍ以上１．４μｍ以下であることがさらに好ましい。
なお、本実施形態において、被覆層を構成する各層の厚さは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）又は透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて測定することができ、また、被覆層を構成する各層の組成は、エネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＥＤＸ）を用いて測定することができる。
〔Ｆｅ系部材〕
本実施形態に用いるＦｅ系部材は、Ｆｅを主成分とする。Ｆｅ系部材において、Ｆｅの含有量は、５０質量％以上であり、７０質量％以上であることが好ましく、８０質量％以上であることがより好ましく、９０質量％以上であることがさらに好ましく、９８質量％以上であることが特に好ましい。Ｆｅ系部材において、Ｆｅの含有量の上限は、特に限定されないが、例えば、９９．９質量％以下である。これにより、Ｆｅ系部材の表面に被覆層を形成する際に第１被覆層中にＦｅを充分に拡散させることができる。
本実施形態に用いるＦｅ系部材は、Ｆｅを主成分とする。Ｆｅ系部材において、Ｆｅの含有量は、５０質量％以上であり、７０質量％以上であることが好ましく、８０質量％以上であることがより好ましく、９０質量％以上であることがさらに好ましく、９８質量％以上であることが特に好ましい。Ｆｅ系部材において、Ｆｅの含有量の上限は、特に限定されないが、例えば、９９．９質量％以下である。これにより、Ｆｅ系部材の表面に被覆層を形成する際に第１被覆層中にＦｅを充分に拡散させることができる。
また、Ｆｅ系部材において、Ｆｅ以外の含有し得る成分としては、特に限定されないが、例えば、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｎｉ、Ｃｒ及びＭｏからなる群より選ばれる少なくとも１種が挙げられ、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓが好ましい。
本実施形態に用いるＦｅ系部材の具体例としては、特に限定されないが、例えば、ステンレス鋼、自動車構造用熱間圧延鋼、一般構造用圧延鋼、冷間圧延鋼、機械構造用炭素鋼、炭素工具鋼等が挙げられる。より詳細には、特に限定されないが、フェライト、ＳＡＰＨ４４０、ＳＳ４００、Ｓ２０Ｃ、Ｓ４５Ｃ、ＳＫ８５等が挙げられる。
〔摩擦部材〕
本実施形態に用いる摩擦部材は、被覆層の少なくとも一部の表面に形成される。
本実施形態に用いる摩擦部材は、被覆層の少なくとも一部の表面に形成される。
本実施形態において、摩擦部材とは、Ｆｅ系部材や被覆層よりも摩擦係数が高い部材を意味する。
本実施形態に用いる摩擦部材は、マトリックスと、固体粒子（以下、「硬質粒子」という。）と、潤滑剤とを含むことが好ましい。
マトリックスは、金属、合金、金属化合物及び金属間化合物からなる群より選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。本実施形態に用いる摩擦部材は、そのマトリックスを、摩擦部材の全体量に対して、４０質量％以上８０質量％以下含むことが好ましい。摩擦部材の全体量に対して、マトリックスの含有量が４０質量％以上であると、摩擦材を用いたブレーキ等の部材による制動又はクラッチ等の部材によるエンジン駆動伝達の断続時に、硬質粒子及び潤滑剤が脱落するのを防ぐことができ、その耐摩耗性の低下を抑制できる。また、摩擦部材との焼結による接合を意図した接合相手部材、すなわち、上述のＦｅ系部材との密着性を高めることもできる。一方、摩擦部材の全体量に対して、マトリックスの含有量が８０質量％以下であると、摩擦部材が緻密になりすぎるのを防止でき、摩擦係数を高めることができる。
マトリックスは、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｍｎ及びＰからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素を含むことが好ましく、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｎｉ及びＦｅからなる群より選ばれる少なくとも１種を含むことがより好ましい。マトリックスがこのような元素を含むと、摩擦部材の摩擦特性及び機械的強度が向上する傾向にある。マトリックスの全体量に対して、Ｃｕの含有量は、０〜９０質量％であることが好ましく、１５〜８０質量％であることがより好ましく、３０〜７０質量％であることがさらに好ましい。また、マトリックスの全体量に対して、Ｓｎの含有量は、０〜１５質量％であることが好ましく、０．５〜１３質量％であることがより好ましく、１〜１０質量％であることがさらに好ましい。また、マトリックスの全体量に対して、Ｚｎの含有量は、０〜１３質量％であることが好ましく、０．５〜１０質量％であることがより好ましく、１〜９質量％であることがさらに好ましい。また、マトリックスの全体量に対して、Ｎｉの含有量は、０〜９８質量％であることが好ましく、１０〜８０質量％であることがより好ましく、２０〜７０質量％であることがさらに好ましい。また、マトリックスの全体量に対して、Ｆｅの含有量は、０〜５０質量％であることが好ましく、２〜４０質量％であることがより好ましく、５〜３５質量％であることがさらに好ましい。また、マトリックスの全体量に対して、Ｍｎの含有量は、０〜１２質量％であることが好ましく、０．５〜８質量％であることがより好ましく、１〜７質量％であることがさらに好ましい。また、マトリックスの全体量に対して、Ｐの含有量は、０〜８質量％であることが好ましく、０．５〜５質量％であることがより好ましく、１〜３質量％であることがさらに好ましい。マトリックスがこのような元素を前記範囲で含むと、摩擦部材の摩擦特性及び機械的強度が一層向上する傾向にある。
本実施形態に用いる摩擦部材は、硬質粒子として、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｍｇ及びＳｉからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素の炭化物、窒化物、酸化物及び硫化物からなる群より選ばれる少なくとも１種を含むことが好ましい。本実施形態に用いる摩擦部材は、このような硬質粒子を含むと、高い摩擦係数を有し、且つ、耐摩耗性に優れる。硬質粒子の含有量は、摩擦部材の全体量に対して５質量％以上３０質量％以下であることが好ましい。摩擦部材の全体量に対して、硬質粒子の含有量が５質量％以上であると、摩擦部材の耐摩耗性が高まる。一方、硬質粒子の含有量が３０質量％以下であると、相対的にマトリックス又は潤滑剤が増加するため、摩擦部材の機械的強度が高くなり、上述の制動時や断続時に鳴きやジャダーが生じるのを抑制することができる。同様の観点から、摩擦部材の全体量に対して、上記硬質粒子の含有量は、１０質量％以上２５質量％以下であるとより好ましく、１０質量％以上２０質量％以下であるとさらに好ましい。また、硬質粒子は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｍｇ及びＳｉからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素の炭化物、窒化物、酸化物及び硫化物からなる群より選ばれる少なくとも１種であると好ましく、それらの元素の炭化物及び酸化物からなる群より選ばれる少なくとも１種であるとより好ましい。
硬質粒子の具体例として、特に限定されないが、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、ジルコニア（ＺｒＯ2）、シリカ（ＳｉＯ2）、ジルコンサンド（ＺｒＳｉＯ4）、ルチルサンド（ＴｉＯ2）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を挙げることができ、ムライト（３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2〜２Ａｌ2Ｏ3・ＳｉＯ2）を用いることもできる。その中でも、酸化アルミニウム、ジルコンサンド、ムライト及びシリカが、耐摩耗性に一層優れるため、好ましい。
本実施形態に用いる摩擦部材は、潤滑剤として、黒鉛（Ｃ）、二硫化モリブデン（ＭｏＳ2）、二硫化タングステン（ＷＳ2）、窒化ホウ素（ＢＮ）、及びフッ化カルシウム（ＣａＦ2）からなる群より選ばれる少なくとも１種を含むと好ましい。これにより、上記の制動時や断続時に生じる鳴きやジャダーを抑制することができる。潤滑剤の含有量は、摩擦部材の全体量に対して５質量％以上４０質量％以下であることが好ましい。摩擦部材の全体量に対して、潤滑剤の含有量が５質量％以上であると、鳴きやジャダーを抑制することができ、潤滑剤の含有量が４０質量％以下であると、摩擦係数を高めることができる。同様の観点から、潤滑剤の含有量は、１０質量％以上３０質量％以下であるとより好ましく、１５質量％以上２５質量％以下であるとさらに好ましい。
本実施形態に用いる摩擦部材は、摩擦調整剤を含むことができる。摩擦調整剤の含有量は、摩擦部材の全体量に対して、１質量％以上２０質量％以下であることが好ましい。摩擦調整剤の含有量は、摩擦部材の全体量に対して、１質量％以上２０質量％以下であると、上記の制動中や断続時の摩擦係数や摩擦部材の機械的強度を、より有効かつ確実に調整することができるため、好ましい。同様の観点から、摩擦調整剤の含有量は、３質量％以上１５質量％以下であるとより好ましく、３質量％以上１０質量％以下であるとさらに好ましい。
摩擦調整剤の具体例としては、特に限定されないが、例えば、タルク（Ｍｇ3Ｓｉ4Ｏ10（ＯＨ）2）、マイカ、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3）及びコークス（Ｃ）からなる群より選ばれる少なくとも１種が挙げられる。このような摩擦調整剤を含むと、上記の制動中や断続時の摩擦係数や摩擦部材の機械的強度を、さらに有効かつ確実に調整することができるため、好ましい。
なお、摩擦部材における組成の割合、マトリックスにおける各元素の割合については、以下のようにして求めることができる。摩擦部材の表面を研磨し、その研磨面の組織を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）に付属するエネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＥＤＸ）又は波長分散型Ｘ線分析装置（ＷＤＳ）などで測定することができる。ＳＥＭにて摩擦部材の組織を５０倍〜２０００倍に拡大し、ＥＤＸにて摩擦部材の組成の割合を求めることができる。また、ＳＥＭにて摩擦部材の組織を３０００倍〜１００００倍に拡大し、硬質粒子や潤滑剤を含まないようにして、ＥＤＸにてマトリックスにおける各元素の割合を求めることができる。
〔摩擦材の製造方法〕
次に、本実施形態の摩擦材の製造方法について、具体例を用いて説明する。本実施形態の摩擦材の製造方法は、当該摩擦材の構成を達成し得る限り特に制限されるものではない。
次に、本実施形態の摩擦材の製造方法について、具体例を用いて説明する。本実施形態の摩擦材の製造方法は、当該摩擦材の構成を達成し得る限り特に制限されるものではない。
例えば、本実施形態の摩擦材の製造方法は、
工程（Ａ）：マトリックスを構成する金属粉末、硬質粒子粉末、潤滑剤粉末、摩擦調整剤粉末を配合した原料粉末を混合し、得られた混合物を所定の形状に成形して摩擦部材を作製する工程と、
工程（Ｂ）：準備したＦｅ系部材の表面に、電気メッキにより、メッキ層を形成する工程と、
工程（Ｃ）：Ｆｅ系部材にメッキ層を形成した少なくとも一部の表面に、作製した摩擦部材を載せて炉内に入れて加熱処理する工程と、
工程（Ｄ）：加熱処理後、炉内を室温まで冷却して、摩擦材を取り出し、摩擦材の表面を所定の寸法に研磨する工程を含む。
工程（Ａ）：マトリックスを構成する金属粉末、硬質粒子粉末、潤滑剤粉末、摩擦調整剤粉末を配合した原料粉末を混合し、得られた混合物を所定の形状に成形して摩擦部材を作製する工程と、
工程（Ｂ）：準備したＦｅ系部材の表面に、電気メッキにより、メッキ層を形成する工程と、
工程（Ｃ）：Ｆｅ系部材にメッキ層を形成した少なくとも一部の表面に、作製した摩擦部材を載せて炉内に入れて加熱処理する工程と、
工程（Ｄ）：加熱処理後、炉内を室温まで冷却して、摩擦材を取り出し、摩擦材の表面を所定の寸法に研磨する工程を含む。
本実施形態の摩擦材の製造方法の各工程は、以下の意義を有する。
工程（Ａ）では摩擦部材の原料粉末として、マトリックス、硬質粒子、潤滑剤、摩擦調整剤等を適宜配合及び混合することにより、所定の配合組成を均一に混合させた摩擦部材を作製することができる。上記金属粉末に代えて、合金粉末、金属化合物粉末、又は金属間化合物粉末を用いてもよい。
工程（Ａ）では摩擦部材の原料粉末として、マトリックス、硬質粒子、潤滑剤、摩擦調整剤等を適宜配合及び混合することにより、所定の配合組成を均一に混合させた摩擦部材を作製することができる。上記金属粉末に代えて、合金粉末、金属化合物粉末、又は金属間化合物粉末を用いてもよい。
工程（Ｂ）では、メッキ層の構成を、例えば、Ｆｅ系部材側から順に、１：Ｃｕ（厚さ：１．５〜５．０μｍ）、２：Ｎｉ（厚さ：９．０〜２０．０μｍ）、３：Ｃｕ（厚さ：２．０〜９．０μｍ）、４／５：Ｓｎ及び／又はＺｎ（厚さ：０．１〜２．０μｍ）とし、後述の条件で加熱処理することにより、所定の構成の被覆層を得ることができる。
工程（Ｃ）では、Ｆｅ系部材にメッキ層を形成した少なくとも一部の表面に、作製した摩擦部材を載せて炉内に入れて、８００〜９５０℃の範囲の温度で、還元性雰囲気（例えばＨ2、ＣＯ、Ｈ2Ｓ、ＣＨ4など）又は不活性ガス（例えばＮ2、Ｎ2＋Ｈ2、Ａｒガス）雰囲気下、０．５〜３時間という条件で加熱処理することにより、所定の構成の被覆層を得ることができると共に、摩擦部材は緻密化し、機械的強度が高まり、また、摩擦部材とＦｅ系部材との密着性が高まる。加熱処理時にＡｒガスの雰囲気とし、摩擦部材に対して０．１〜５ＭＰａの圧力を加えると、摩擦部材の耐摩耗性が向上する傾向にある。
また、工程（Ｃ）において、Ｆｅ系部材におけるＦｅの含有量が５０質量％以上であることで、メッキ層中にＦｅを拡散させることができる。この時、加熱温度を８５０℃以上とすることでＦｅをメッキ層中に容易に拡散させることができる。第１被覆層の厚さは、Ｆｅの含有量に依存するため、加熱処理の温度と時間とを制御することで、調整することができる。第２被覆層の厚さは、メッキ層の厚さを制御することで、調整することができる。第２被覆層における下部領域及び上部領域は、例えば、メッキ層を形成する順番を１：Ｃｕ、２：Ｎｉ、３：Ｃｕとし、２：Ｎｉのメッキ層の厚さを薄くし、３：Ｃｕのメッキ層の厚さを薄くすることにより形成することができる。第３被覆層を形成する場合は、例えば、３：Ｃｕのメッキ層を形成した後に、さらにＳｎ及び／又はＺｎのメッキ層を形成する。
工程（Ｄ）では、加熱処理後、炉内を室温まで冷却して、摩擦材を取り出し、摩擦材の表面を研磨することにより、摩擦材の寸法を調整することができる。
本実施形態の摩擦材は、耐食性に優れ、裏板と摩擦部材との密着性に優れるため、工作機械、建設機械、農業機械、自動車、二輪車、鉄道、航空機及び船舶などの、各種機械の回転又は移動を任意に制御する手段、いわゆるクラッチ又はブレーキのような摩擦材として用いることができる。
以下、実施例によって本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
〔摩擦部材の作製〕
下表１に示す組成の原料粉末を混合し、得られた混合物を成形して摩擦部材を作製した。
下表１に示す組成の原料粉末を混合し、得られた混合物を成形して摩擦部材を作製した。
〔Ｆｅ系部材の準備〕
下表２に示す組成のＦｅ系部材１及び２を準備した。
下表２に示す組成のＦｅ系部材１及び２を準備した。
（実施例１）
準備したＦｅ系部材１の表面に下表３に示す組成、構成及び厚さの第１層から第４層を順に一般的に採用されている条件で電気メッキすることによりメッキ層を得た。
準備したＦｅ系部材１の表面に下表３に示す組成、構成及び厚さの第１層から第４層を順に一般的に採用されている条件で電気メッキすることによりメッキ層を得た。
上記Ｆｅ系部材１上に形成したメッキ層の表面に、準備した摩擦部材を載せて炉内に入れ、下表４に示す条件で加熱処理することにより、Ｆｅ系部材１と摩擦部材とをメッキ層を介して固着させて摩擦材を作製した。加熱処理後、炉内を室温まで冷却して、摩擦材を取り出した。取り出した摩擦材を、研磨することにより、寸法を調整し、ブレーキ形状の摩擦材である試料（発明品１〜４及び比較品１〜４）を得た。
得られた試料（発明品１〜４及び比較品１〜４）において、Ｆｅ系部材１と摩擦部材との間に形成された被覆層の構成を以下のとおり測定した。まず、被覆層を構成する各層の厚さは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて測定した。また、被覆層を構成する各層の組成は、エネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＥＤＸ）を用いて測定した。これらの測定結果を下表５に示す。
得られた試料を用いて、以下の塩水噴霧試験、耐食性試験及びせん断試験を行った。その結果を表８に示す。
［塩水噴霧試験］
塩水噴霧試験は、塩水の濃度を５質量％とし、下表６に示す条件とした以外は、日本工業規格「めっきの耐食性試験方法」（ＪＩＳ Ｈ８５０２）に準拠する方法で実施した。
試料３個について塩水噴霧試験を実施して、試験終了後の試料における錆発生の有無(外観)を観察し、錆発生の割合を算出した。
塩水噴霧試験は、塩水の濃度を５質量％とし、下表６に示す条件とした以外は、日本工業規格「めっきの耐食性試験方法」（ＪＩＳ Ｈ８５０２）に準拠する方法で実施した。
［耐食性試験］
耐食性試験は、塩水の濃度を５質量％とし、下表７に示す条件とした以外は、日本工業規格「自動車用ディスクブレーキパッドの接着面さび発生試験方法」（ＪＩＳ Ｄ４４１９）に準拠する方法で実施した。
試料９個について耐食性試験を実施した。上表７の(i)試験機及び(ii)大気中における耐食性試験を１サイクルとし、３サイクル、６サイクル、１２サイクルまでの３種類の耐食性試験を試料３個ずつ実施し、各サイクル終了後、試料の摩擦部材とＦｅ系部材とを剥がし、Ｆｅ系部材側のメッキの劣化及びＦｅ系部材の錆発生の有無を観察し、各試料における錆発生の割合を算出した。
耐食性試験は、塩水の濃度を５質量％とし、下表７に示す条件とした以外は、日本工業規格「自動車用ディスクブレーキパッドの接着面さび発生試験方法」（ＪＩＳ Ｄ４４１９）に準拠する方法で実施した。
［せん断試験］
せん断強さは、日本工業規格「自動車部品―ブレーキシューアッセンブリ及びディスクブレーキパッド−せん断試験方法」（ＪＩＳ Ｄ４４２２）に準拠する方法で測定した。せん断試験は、３００℃の温度で行い、各試料の破壊時のせん断強さ（ＭＰａ）を表８に示す。破壊時のせん断強さが大きい程、密着性が高いと評価する。
せん断強さは、日本工業規格「自動車部品―ブレーキシューアッセンブリ及びディスクブレーキパッド−せん断試験方法」（ＪＩＳ Ｄ４４２２）に準拠する方法で測定した。せん断試験は、３００℃の温度で行い、各試料の破壊時のせん断強さ（ＭＰａ）を表８に示す。破壊時のせん断強さが大きい程、密着性が高いと評価する。
表８より、発明品は、いずれの試料も塩水噴霧試験の錆発生の割合が３３％以下であり、耐食性試験の錆発生の割合が、１２サイクルにて、３３％以下であり、せん断試験のせん断強さが１０ＭＰａ以上であり、耐食性及び密着性が全般的に比較品より優れることが分かる。
（実施例２）
準備したＦｅ系部材２の表面に下表９に示す組成、構成及び厚さの第１層から第５層を順に一般に採用されている条件で電気メッキすることにより形成してメッキ層を得た。
準備したＦｅ系部材２の表面に下表９に示す組成、構成及び厚さの第１層から第５層を順に一般に採用されている条件で電気メッキすることにより形成してメッキ層を得た。
上記Ｆｅ系部材２上に形成したメッキ層の表面に、準備した摩擦部材を載せて炉内に入れ、下表１０に示す条件で加熱処理することにより、Ｆｅ系部材２と摩擦部材とをメッキ層を介して固着させて摩擦材を作製した。加熱処理後、炉内を室温まで冷却して、摩擦材を取り出した。取り出した摩擦材を、研磨することにより、寸法を調整し、ブレーキ形状の摩擦材である試料（発明品５〜１２及び比較品５〜６）を得た。
得られた試料（発明品５〜１２及び比較品５〜６）において、Ｆｅ系部材２と摩擦部材との間に形成された被覆層の構成を実施例１と同様の方法で測定した。測定結果を下表１１に示す。
得られた試料を用いて、実施例１と同様の方法で塩水噴霧試験、耐食性試験及びせん断試験を行った。その結果を表１２に示す。
表１２より、発明品は、いずれの試料も塩水噴霧試験の錆発生の割合が０％であり、耐食性試験の錆発生の割合が、１２サイクルにて、３３％以下であり、せん断試験のせん断強さが１０ＭＰａ以上であり、耐食性及び密着性が全般的に比較品より優れることが分かる。
本実施形態の摩擦材は、耐食性に優れ、裏板と摩擦部材との密着性に優れるため、工作機械、建設機械、農業機械、自動車、二輪車、鉄道、航空機及び船舶などの、各種機械の回転又は移動を任意に制御する手段、いわゆるクラッチ又はブレーキのような摩擦材として用いることができる。
１：摩擦部材、２：Ｆｅ系部材、３：被覆層、４：第１被覆層、５：第２被覆層、６：下部領域、７：上部領域、８：第３被覆層、９：摩擦材
Claims (8)
- Ｆｅを主成分とするＦｅ系部材と、前記Ｆｅ系部材の表面に形成された被覆層と、前記被覆層の少なくとも一部の表面に形成された摩擦部材と、を含み、
前記被覆層は、前記Ｆｅ系部材側から順に第１被覆層と第２被覆層とを含み、
前記第１被覆層は、Ｃｕ、Ｎｉ及びＦｅを含む合金からなり、かつ、Ｆｅの含有量が１０原子％以上であり、
前記第２被覆層は、Ｃｕ及びＮｉを含む合金、又は、Ｃｕ、Ｎｉ及びＦｅを含む合金からなり、かつ、Ｆｅの含有量が１０原子％未満であり、
前記第１被覆層の平均厚さが、１．０μｍ以上６．０μｍ以下であり、
前記第２被覆層の平均厚さが、９．５μｍ以上２４．０μｍ以下であり、
前記第１被覆層において、Ｃｕの含有量が１原子％以上４５原子％以下であり、Ｎｉの含有量が１原子％以上４５原子％以下であり、Ｆｅの含有量が１０原子％以上９５原子％以下であり（ただし、前記第１被覆層において、Ｃｕ、Ｎｉ及びＦｅの合計含有量が１００原子％である）、
前記第２被覆層において、Ｃｕの含有量が５原子％以上６０原子％以下であり、Ｎｉの含有量が４０原子％以上９５原子％以下であり、Ｆｅの含有量が０原子％以上１０原子％未満である（ただし、前記第２被覆層において、Ｃｕ、Ｎｉ及びＦｅの合計含有量が１００原子％である）、摩擦材。 - 前記第２被覆層は、前記第１被覆層側から順に下部領域と上部領域とを含み、
前記下部領域において、Ｃｕの含有量が５原子％以上２０原子％未満であり、
前記上部領域において、Ｃｕの含有量が２０原子％以上６０原子％以下である、請求項１に記載の摩擦材。 - 前記下部領域の平均厚さが、８．０μｍ以上２０．０μｍ以下であり、前記上部領域の平均厚さが、１．５μｍ以上１０．０μｍ以下である、請求項２に記載の摩擦材。
- 前記下部領域において、Ｃｕの含有量が５原子％以上２０原子％未満であり、Ｎｉの含有量が８０原子％を超え９５原子％以下であり、Ｆｅの含有量が０原子％以上１０原子％未満である、請求項２又は３に記載の摩擦材。
- 前記上部領域において、Ｃｕの含有量が２０原子％以上６０原子％以下であり、Ｎｉの含有量が４０原子％以上８０原子％以下であり、Ｆｅの含有量が０原子％以上２原子％以下である、請求項２〜４のいずれか１項に記載の摩擦材。
- 前記被覆層において、前記第２被覆層の前記Ｆｅ系部材側とは反対側の表面に第３被覆層を含み、
前記第３被覆層は、Ｃｕ、Ｎｉ及びＳｎを含む合金、Ｃｕ、Ｎｉ及びＺｎを含む合金、又は、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓｎ及びＺｎを含む合金からなり、
前記第３被覆層の平均厚さが、０．１μｍ以上５．０μｍ以下である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の摩擦材。 - 前記第３被覆層において、Ｃｕの含有量が３０原子％以上６９．５原子％以下であり、Ｎｉの含有量が３０原子％以上６９．５原子％以下であり、Ｓｎ及び／又はＺｎの含有量が０．５原子％以上５原子％以下である（ただし、前記第３被覆層において、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓｎ及びＺｎの合計含有量が１００原子％である）、請求項６に記載の摩擦材。
- 前記被覆層の平均厚さが、１０．５μｍ以上３０．０μｍ未満である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の摩擦材。
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